FPGA实现的谐波电动舵机滑模控制与抖阵抑制研究

"这篇论文研究了基于FPGA的谐波式电动舵机滑模控制的理论与应用。文章探讨了谐波式电动舵机的工作原理，建立了包含摩擦和间隙非线性的数学模型，并提出了一种滑模控制(SMC)算法来解决舵机系统的非线性问题。为了缓解滑模控制的抖动问题，采用了边界层和低通滤波器技术。通过FPGA实现了该控制算法，并进行了实验验证，结果显示相比于传统的PID控制，滑模变结构控制在抗干扰和鲁棒性方面有显著提升，同时能有效抑制小角度偏转时因摩擦和间隙非线性导致的空回和时间延迟。" 在这篇论文中，作者首先介绍了谐波式电动舵机的基本工作原理，并以此为基础建立了舵机的数学模型。考虑到实际设备中常常存在的摩擦和间隙非线性效应，这些因素对舵机的性能有显著影响，因此在建模过程中进行了充分考虑。由于舵机系统存在非线性特性，传统的控制方法可能无法达到理想的控制效果，为此，作者提出了滑模控制策略。滑模控制是一种具有强鲁棒性的控制方法，能有效应对系统的不确定性及扰动。 滑模控制的主要挑战在于控制过程中可能出现的抖动现象，这通常由于控制切换的瞬态过程引起。为了解决这个问题，论文采用了边界层技术和低通滤波器相结合的方法来平滑控制量的变化，从而减少抖动。通过数值仿真，作者验证了所提算法的有效性，证明了这种方法可以有效抑制控制过程中的抖动。 接下来，论文进入了实现阶段，利用数字芯片FPGA（Field-Programmable Gate Array）来实现这一滑模控制算法。FPGA的优势在于其灵活性和并行处理能力，能够快速高效地执行复杂的控制算法。通过实验，作者对比了基于滑模控制的舵机系统与传统PID控制的性能。实验结果表明，滑模控制的舵机在抗干扰性和鲁棒性上表现更优，特别是在小角度偏转时，能够明显改善因摩擦和间隙非线性导致的空回和时间延迟问题。 总结来说，这篇论文提供了一个基于FPGA的谐波式电动舵机滑模控制方案，它不仅解决了非线性问题，还通过巧妙的抖动抑制技术提升了控制性能。这项研究对于电动舵机的控制设计以及相关领域的应用具有重要的理论与实践价值。